Zaloguj się
Wszystkie
14 listopada 2022
842
Myślę, że własnoręcznie wykonany zegar cyfrowy był (i nadal jest) takim rodzajem aplikacji, o której wykonanie, a może nawet i zaprojektowanie, pokusiło się wielu elektroników. Najczęściej, dla tych początkujących było to swego rodzaju wyzwanie, natomiast ci bardziej zaawansowani po prostu chcieli wykonać coś niesztampowego, spełniającego ich wymagania.
Mimo iż z zagadnieniem pomiaru czasu ludzkość mierzy się od początku swojego istnienia, to tak naprawdę podobno standaryzację w tym zakresie wymusiła kolej żelazna. Wraz z wprowadzeniem kolei musiano opracować rozkłady jazdy dla podróżnych, mierzyć czas przejazdu pociągu i synchronizować wskazania zegarów za pomocą telegrafu. Później opracowano również inne metody synchronizacji zegarów, a współcześnie nawet podróżując z kontynentu na kontynent oczekujemy, że co prawda wskazania zegara muszą uwzględniać daną strefę czasową, ale mimo wszystko będą one zsynchronizowane z jakimś globalnym wzorcem czasu.
Typowy zegar cyfrowy wykonany z układów dyskretnych nie jest aplikacją aż tak skomplikowaną, jak mogłoby się wydawać. Podstawową trudnością jest wykonanie wiarygodnego wzorca czasu, który powinien dostarczać stabilnego przebiegu – zwykle o częstotliwości 1 Hz. Ten przebieg należy doprowadzić na wejścia liczników zliczających minuty i godziny, rzadziej sekundy. Takie liczniki można zbudować chociażby z popularnych układów typu 7490 czy 7493. Do wyjść liczników dołącza się dekodery 7447, bezpośrednio sterujące dołączonym wyświetlaczem 7-sementowym. Oczywiście, typ zastosowanego dekodera będzie zależał od współpracującego wyświetlacza, ale dla uproszczenia przejmijmy, że używany 7-segmentowych, niewielkich wyświetlaczy LED. Osobne zagadnienie stanowi interfejs użytkownika, za pomocą którego można wprowadzać nastawy takiego zegara oraz ewentualnie wstrzymywać jego pracę po to, aby ręcznie uzyskać synchronizację z jakimś wzorcem.
Pomimo prostej aplikacji i zasady działania tak zbudowany zegar ma dwie poważne wady. Pierwszą jest brak możliwości miniaturyzacji. Drugą jest brak możliwości łatwej rozbudowy funkcjonalności. Wyobraźmy sobie dla przykładu, że potrzebujemy wskazanie nazwy dnia oraz kilka alarmów załączanych w określonych dniach tygodnia, o dowolnie ustawianej godzinie. Oczywiście, da się to zrobić, ale może zabraknąć miejsca na stole na kolejne układy dyskretne… A jak wykonać interfejs użytkownika?
W sukurs takim aplikacjom przyszły specjalizowane układy zegarowe. Nawet jeśli nie były one oparte na mikrokontrolerze, to pojedyncza obudowa układu scalonego integrowała wiele elementów logicznych, co pozwalało na dalece posuniętą miniaturyzację. Przykładem takiej aplikacji jest zegar cyfrowy AVT-140, którego projekt był opublikowany w czerwcowym wydaniu EP z 1994 r. Niestety, wiele z tych układów było przeznaczonych do aplikacji zegarów stacjonarnych i jako takie używały łatwo dostępnego wzorca czasu – przebiegu o częstotliwości 50 lub 60 Hz dostępnego w sieci energetycznej. Niestety, o ile na tzw. Zachodzie skrupulatnie pilnowano tej częstotliwości, a w razie potrzeby ją korygowano po to, aby mieściła się w pewnych granicach tolerancji, o tyle w Polsce zaczęto o nią dbać dopiero niedawno, więc układy scalone wykorzystujące ją jako wzorzec nie były zbyt dokładne.
A przy okazji – częstotliwość napięcia przemiennego w sieci energetycznej nie wzięła się stąd, że jakiś rząd czy państwo tak zadecydowały. Jest ona skutkiem kompromisu pomiędzy zasilaniem a produkcją energii, a same prace nad odpowiednim doborem jej doborem trwały wiele lat. Zagadnieniami związanymi z zasilaniem energią elektryczną zajmował się między innymi George Westnghouse, który jako pierwszy skonstruował prądnicę napędzaną silnikiem parowym.
Generowała ona napięcie o częstotliwości 133 i 1/3 Hz, które nie powodowało migotania żarówek, ale jego częstotliwość była zbyt duża dla maszyn elektrycznych. W latach 1889 i 1890 inni producenci wprowadzili do oferty generatory, które generowały napięcie o mniejszej częstotliwości, jednak nadal nie dopracowano się żadnego standardu. Wszystko uległo zmianie, gdy do zespołu Westinghousea dołączył Nikola Tesla. Skonstruowany przez niego silnik pracował przy zasilaniu napięciem o częstotliwości 60 Hz, co zapoczątkowało zmiany. Dodatkowego impulsu dostarczył rozwój motoryzacji.
W 1870 roku Austriak Siegfried Marcus skonstruował, nienadający się do powszechnego użytku, prototyp pojazdu mechanicznego z silnikiem benzynowym o zapłonie iskrowym. Z kolei inny konstruktor, Niemiec Carl Benz, zbudował trzykołowy automobil w roku 1885 r., a w 1886 r. uzyskał na niego patent. W tych samych latach prace w dziedzinie silników spalinowych oraz pojazdów napędzanych takimi silnikami prowadzili wspólnie Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler. Siłą rzeczy, silniki parowe zaczęły przechodzić do przeszłości. George Westnighouse przydzielił swój zespół do specjalnego zadania – dostosowania silnika tłokowego do napędu alternatora Tesli. Przed końcem roku 1892 r. wybrano dwie funkcjonujące częstotliwości – 60 Hz dla oświetlenia i 30 Hz do zamiany energii elektrycznej na mechaniczną. Wybrana przez Teslę częstotliwość 60 Hz miała również znaczenie dla Thomasa Alvy Edisona, który uchodził w swoim okresie za niekwestionowany autorytet w dziedzinie elektryczności. Firma Edison General Electric Company GE dominowała wówczas na rynku energii elektrycznej i konkurencja musiała się z nią liczyć. Przypomnijmy jednak, że Edison używał prądu stałego, a Tesla przemiennego.
W latach dwudziestych ub. wieku firma Henry Warrena nadzorowała projekt elektrowni wodnej na wodospadzie Niagara. Jej turbiny były przystosowane do częstotliwości 25 Hz ze względu na możliwą do osiągnięcia dużą sprawność. Zapowiadało się zatem, że w Ameryce Północnej będą obowiązywały dwie częstotliwości: 60 Hz dla oświetlenia i 25 Hz dla przemysłu. Edison zaproponował kompromis – pojedynczą częstotliwość 40 Hz, ale było już za późno. Mimo iż wykonano instalacje 40-hercowe, to jednak znacznie więcej było pracujących z częstotliwością 25 Hz, a jeszcze więcej z 60 Hz. Z czasem szybkie turbiny wyparły maszyny tłokowe i częstotliwość 25 Hz nie była już potrzebna.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
